Petróleo e derivados

Derivados de petróleo

O petróleo

A utilização do petróleo vem de épocas bem remotas. O petróleo era conhecido por diversos nomes, entre eles: betume, azeite, asfalto, lama, múmia, óleo de rocha. No Egito, esse óleo teve grande importância na iluminação noturna, na impermeabilização das moradias, na construção das pirâmides e até mesmo no embalsamamento de múmias. O petróleo era conhecido desde essa época, quando aflorava naturalmente na superfície.

Alexandre, O Grande ficou maravilhado com o fogo que emanava de forma inextinguível do petróleo na região de Kirkuk (atual região do Iraque), onde atualmente há uma crescente produção petrolífera. Milênios antes de Cristo, o petróleo era transportado, vendido e procurado como útil e precioso produto comercial. No entanto, foi apenas no século XIX, nos EUA, que o petróleo teve seu marco na indústria moderna. Isso graças à iniciativa do americano Edwin L. Drake, que, após varias tentativas de perfuração, encontrou petróleo. Durante essa abordagem, foi ressaltado em sala de aula que as regiões onde o petróleo já era utilizado também estão associadas a atuais áreas de exploração do produto.

A formação

Ao longo de milhares de anos, restos de animais e vegetais mortos depositaram-se no fundo de lagos e mares e, lentamente, foram cobertos por sedimentos (pó de calcário, areia etc). Mais tarde, esses sedimentos se transformaram em rochas sedimentares (calcário e arenito). As altas pressão e temperatura exercidas sobre essa matéria orgânica causaram reações químicas complexas, formando o petróleo. A idade de uma jazida pode variar de 10 a 400 milhões de anos. Dessa forma, o petróleo está localizado apenas nas bacias sedimentares. Junto desse recurso mineral, encontramse associados a água e o gás natural (metano e etano).

Nessa parte da discussão, foram mostradas (no quadro e em cartazes) as estruturas químicas de diferentes substâncias presentes no petróleo. Os alunos foram levados a perceber que havia uma semelhança entre essas estruturas e, só então, foi mostrado a eles que essas estruturas pertenciam ao grupo dos alcanos. A seguir, foram discutidas a função alcanos, sua estrutura e nomenclatura.

Essa parte inicial pode ser aproveitada para um trabalho interdisciplinar com os professores de Geografia e/ou História, em tópicos como eras geológicas, tipos de rocha, áreas produtoras de petróleo e seus conflitos recentes.

Perfuração e produção

perfuração e produção

Na etapa de perfuração, obtém-se a certeza da presença ou não do petróleo. A perfuração pode ser feita em terra ou no mar. Em terra, é feita por meio de uma sonda de perfuração (Figura 1). No mar, as etapas de perfuração são idênticas. A diferença é que são feitas por meio de plataformas marítimas. A profundidade de um poço pode variar de 800 a 6.000 metros

Atualmente, a bacia de Campos é responsável por 80% da produção nacional (730 mil barris de óleo/dia), sendo a mais importante do país. No ranking mundial dos países produtores, o Brasil está em 18o (produção de 1 milhão de barris de óleo/dia).

Devido aos êxitos alcançados, a maior parte da produção é feita na bacia continental. O Brasil é recordista mundial em produção em águas profundas, tendo atingido em 1998 a marca de 1.853 metros de lâmina d’água.

Terminada a etapa de produção, o petróleo e o gás natural são transportados por meio de dutos ou navios para os terminais, onde são armazenados. Em seguida, o petróleo é transferido para as refinarias, onde será separado em frações, pois o óleo bruto praticamente não tem aplicação.

Na aula seguinte, foi abordado o assunto refino do petróleo, com a apresentação do filme O refino em uma primeira etapa e a realização de duas experiências descritas a seguir

Refino do petróleo

A partir da apresentação do filme, ficou esclarecido que o refino consiste em separar a complexa mistura de hidrocarbonetos em frações desejadas, processá-las e industrializá-las em produtos comerciáveis

O processo utilizado para separar as frações do petróleo é a destilação. Essa separação envolve a vaporização de um líquido por aquecimento, seguida da condensação de seu vapor. Existem diferentes tipos de destilação: simples, fracionada etc. No caso do petróleo, é empregada a destilação fracionada, que é executada com a utilização de uma coluna de fracionamento. Nas refinarias, essas colunas são substituídas por enormes torres, chamadas de torres de fracionamento.

Figura-2: Material empregado na aula sobre petróleo.

A partir dessa discussão, foi abordado pelo professor o tópico de separação de misturas de líquidos - destilação. Foi realizada uma destilação simples com a explicação de cada etapa para que os alunos visualizassem o processo. Nesse ponto da aula, podem ser abordados também os conceitos de propriedades físicas, como ponto de ebulição.

As propriedades físicas, como ponto de ebulição e solubilidade, estão intimamente relacionadas com a estrutura das substâncias e com as forças que atuam entre as moléculas (forças intermoleculares). Essas forças podem ser: dipolo-dipolo, ligação hidrogênio, de van der Waals ou London. Para exemplificar o tópico de forças intermoleculares, foram realizados dois experimentos (Figura 2), descritos a seguir.

Teste de solubilidade: testou-se a solubilidade do álcool (composto polar) e do querosene (composto apolar) em água.

Determinação da percentagem de álcool na gasolina: para isso, foram utilizados uma proveta de 100 mL, bastão de vidro, 50 mL de gasolina comum e 50 mL de água. A gasolina e a água foram vertidas na proveta. Observouse que a fase aquosa formada apresentou um volume maior que o volume de água adicionado e que o volume de gasolina diminuiu. Isso ocorre porque o álcool é solúvel tanto em água quanto em gasolina, mas a sua solubilidade em água é maior. Com isso, há o aumento do volume observado na fase aquosa. A variação do volume da fase aquosa está relacionada com o teor de álcool na gasolina.

O ponto de ebulição nos hidrocarbonetos está relacionado com as forças de van der Waals ou London, isto é, interações atrativas entre elétrons de uma molécula e núcleos de outra. Estas, por sua vez, dependem do número de elétrons dos átomos das moléculas ou, em última análise, da massa molecular. Quanto maior é a massa molecular, maior é o ponto de ebulição. Nesse momento da aula, no qual é citado o tópico ponto de ebulição, foi apresentada uma tabela, que pode ser encontrada em livros de Química Orgânica, com os valores de ponto de ebulição e massa molecular de diferentes alcanos. Com esses valores tabelados, foi mostrada a relação entre força intermolecular e ponto de ebulição. Além disso, pôde-se trabalhar novamente o tópico de nomenclatura de alcanos. O professor pode extrapolar essa abordagem para as outras funções (alquenos e alquinos, por exemplo), à medida que elas forem sendo apresentadas em outras aulas.

Os principais processos de refino enfocados em sala de aula foram a destilação primária, o primeiro tratamento dado ao petróleo in natura, que ocorre através de uma destilação fracionada, começando a surgir os primeiros derivados. Como resta ainda um resíduo, este passa por um novo tratamento, que é a destilação a vácuo, no qual é reduzida a pressão sobre o líquido, baixando-se a temperatura de ebulição, evitando assim a decomposição de parte de seus componentes. Após esse tratamento, o petróleo passa por mais uma etapa de separação, o craqueamento catalítico; porém, esse processo foi menos utilizado em sala de aula, já que envolve reações mais complexas, com quebra de ligação de cadeias longas em presença de catalisador.

Figura 3: Torres de fracionamento em uma destilaria de petróleo e esquema do fracionamento do petróleo em uma torre, com os diferentes produtos obtidos (foto de Geraldo Falcão -gentileza Petrobrás).

Com a apresentação de amostras dos derivados de petróleo, muito usados no dia-a-dia, como gasolina, óleo diesel e querosene, entre outros, foi possível explorar a importância do petróleo na vida moderna. Devese enfatizar que o petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos que apresentam diferentes massas moleculares e, conseqüentemente, diferentes pontos de ebulição. Os principais derivados costumam ser apresentados como frações diversificadas, sendo mostradas na Figura 3.

• Gás liqüefeito de petróleo (GLP) - consiste de uma fração composta por propano e butano, sendo armazenado em botijões e utilizado como gás de cozinha.
• Gasolina - é um dos produtos de maior importância do petróleo, sendo um líquido inflamável e volátil. Consiste de uma mistura de isômeros de hidrocarbonetos de C5 a C9, obtida primeiramente por destilação e por outros processos nas refinarias. Hoje em dia, com a finalidade de baratear e aumentar a octanagem da gasolina, são adicionados outros produtos não derivados de petróleo à gasolina, como, por exemplo, o metanol e o etanol. Uma curiosidade que foi enfocada em sala de aula foi a introdução da gasolina na aviação, tendo início junto com o 14 Bis, avião inventado por Santos Dumont, no qual se utilizava um motor de carro.
• Querosene - o querosene é uma fração intermediária entre a gasolina e o óleo diesel. Esse derivado é obtido da destilação fracionada do petróleo in natura, com ponto de ebulição variando de 150 °C a 300 °C. O querosene não é mais o principal produto de utilização industrial, mas é largamente utilizado como combustível de turbinas de avião a jato, tendo ainda aplicações como solvente. Tem como característica produzir queima isenta de odor e fumaça.
• Óleo diesel - é um combustível empregado em motores diesel. É um líquido mais viscoso que a gasolina, possuindo fluorescência azul. Sua característica primordial é a viscosidade, considerando que, através dessa propriedade, é garantida a lubrificação. É comum a presença de compostos de enxofre no óleo diesel, cuja combustão dá origem a óxido e ácidos corrosivos e nocivos aos seres vivos, que geram a chuva ácida. O despertar da consciência de preservação do meio ambiente está induzindo os refinadores a instalar processos de hidrodessulfuração para reduzir o teor de enxofre.
• Parafinas - são um produto comercial versátil, de aplicação industrial bastante ampla, como, por exemplo: impermeabilizante de papéis, gomas de mascar, explosivos, lápis, revestimentos internos de barris, revestimentos de pneus e mangueiras, entre outras. Uma curiosidade, que aumenta o interesse dos alunos é a informação de que “eles comem petróleo”, por exemplo, no chocolate brasileiro, já que a parafina é misturada ao chocolate para dar mais consistência, impedindo que este derreta.
• Asfalto -sólido de cor escura, que apresenta massa molecular média elevada, é obtido do resíduo das destilações do petróleo. Grande parte do asfalto é produzida para a pavimentação e o asfalto oxidado é utilizado como revestimento impermeabilizante.

O petróleo e seus derivados estão bastante presentes no cotidiano do aluno. Dessa forma, esse tema foi uma eficiente ferramenta de ensino, possibilitando o aprendizado de tópicos do programa de Química e também a formação de um cidadão mais consciente.

Referências bibliográficas

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Para saber mais

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